一种含双复合驱动腿5自由度并联机构研究

论文摘要

并联机构具有误差小、刚度大、承载能力强等优点,同时其结构较为复杂,工作空间较小,运动灵活性不足等缺点制约着并联机构的应用和推广。鉴于此本文提出一种含双复合驱动腿5自由度并联机构,该构型具有结构相对简单、工作空间大,运动灵活等特点,在一定程度上弥补了传统并联机构的不足,并系统研究了其工作空间、运动灵活性、运动学和动力学性能。利用CAD变量几何法,开展5自由复合驱动并联机构的型综合,从中筛选出工作空间大和运动灵活性好的2UPS+UPU对称构型。运用VB语言对Solidworks软件二次开发,编程实现CAD变量几何法构建工作空间过程,以此分析验证此类机构的可达工作空间和灵活性,并与4自由度RRPU+2UPU复合驱动构型进行对比分析。根据机构几何约束关系,采用矢量法推导机构位置反解模型,基于机构约束力推导不含偏导数的6阶Jacobian方阵和Hessian（6×6×6）矩阵,进而得到机构速度和加速度解析模型。用CAD变量几何法,构建线框式模拟机构,验证位置解析解;基于Matlab编程,通过对模拟解进行求导拟合验证速度和加速度解析解。根据力与速度映射的对偶性,建立含约束力的静力学模型。结合虚功原理和达朗贝尔原理,构建虚功形式的牛顿-欧拉方程动力学方程。通过Solidworks实体获取各构件质量和转动惯量参数,导入力-运动双重驱动SimMechanics综合仿真系统,进行运动学、静力学和动力学验证分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究概述
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 5 自由度并联机构的研究现状
• 1.2.2 复合驱动并联机构研究现状
• 1.2.3 并联机构工作空间研究现状
• 1.2.4 并联机构理论研究现状
• 1.3 论文选题的意义和研究内容
• 第2章 复合驱动并联机构综合与工作空间
• 2.1 5 自由度复合驱动并联机构综合
• 2.2 基于CAD 变量几何法构建工作空间
• 2.2.1 CAD 变量几何法简述
• 2.2.2 CAD 变量几何法构建工作空间方法简述与问题
• 2.3 基于CAD 软件二次开发程序构建工作空间方法
• 2.3.1 程序化工作空间构建方法的特点
• 2.3.2 界面控件功能说明
• 2.3.3 程序化工作空间构建过程
• 2.3.4 二次开发程序实现过程
• 2.4 程序化工作空间构建实例
• 2.4.1 2UPS+UPU 理想可达工作空间
• 2.4.2 2UPS+UPU 定位置姿态工作空间
• 2.5 本章小结
• 第3章 复合驱动并联机构运动学
• 3.1 并联机构运动学分析基础
• 3.1.1 运动学理论分析基础
• 3.1.2 运动学模拟分析基础
• 3.2 2UPS+UPU 并联机构位置反解
• 3.3 2UPS+UPU 并联机构速度分析
• 3.3.1 Jacobian 矩阵角速度分量
• 3.3.2 Jacobian 矩阵约束力分量
• 3.4 2UPS+UPU 并联机构加速度分析
• 3.4.1 Hessian 矩阵角加速度分量
• 3.4.2 Hessian 矩阵约束力分量
• 3.5 运动学数值验证
• 3.5.1 位置反解数值验证
• 3.5.2 速度模型数值验证
• 3.5.3 加速度模型数值验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 2UPS+UPU 并联机构力学分析
• 4.1 动力学概述
• 4.2 2UPS+UPU 并联机构静力学
• 4.3 虚功形式的牛顿-欧拉动力学模型
• 4.3.1 分支牛顿-欧拉动力学模型
• 4.3.2 基于虚功原理的牛顿-欧拉动力学方程
• 4.4 2UPS+UPU 机构的力学仿真基础
• 4.4.1 SimMechanics 仿真基础
• 4.4.2 Solidworks 仿真基础
• 4.4.3 2UPS+UPU 机构仿真平台设计
• 4.5 2UPS+UPU 机构力学仿真分析
• 4.5.1 2UPS+UPU 机构静力学仿真
• 4.5.2 2UPS+UPU 机构动力学仿真
• 4.6 本章小结
• 结论
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介